窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器、氣體傳感器及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種脈沖激光器驅(qū)動(dòng)電路裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖激光器因其具有體積小、功率高且可輸出波長(zhǎng)可涵蓋紅外波段等特點(diǎn)，得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。在氣體傳感器、醫(yī)療設(shè)備、國(guó)防安全、食品安全、工業(yè)監(jiān)控和環(huán)境檢測(cè)等居多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著許多中紅外波段的脈沖激光器的研制成功，基于脈沖激光器實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道日益增多，成為研宄的熱點(diǎn)。然而這類脈沖激光器通常價(jià)格昂貴，且在高脈沖或大電流下容易失效，這限制了脈沖激光器的商業(yè)應(yīng)用。
[0003]另外，激光吸收光譜檢測(cè)應(yīng)用中，激光譜線寬度是儀器最重要技術(shù)指標(biāo)之一。因自熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致譜線展寬，脈沖量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)需要極短的電流脈沖驅(qū)動(dòng)，一般理論極限線寬所需的脈寬為5ns-15ns。但目前商用的QCL驅(qū)動(dòng)器遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了這個(gè)要求。如瑞士 AlpesLasers的QCL驅(qū)動(dòng)器最短脈沖為22ns，并且由于采用PWM驅(qū)動(dòng)技術(shù)，沒(méi)有電流反饋機(jī)制，容易受到寄生參數(shù)的影響，穩(wěn)定性差。美國(guó)ILX Lightwave的產(chǎn)品雖然采用了恒流驅(qū)動(dòng)模式與PWM驅(qū)動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的方式，但是其最短脈沖達(dá)到25ns，且脈沖電流信號(hào)欠沖嚴(yán)重。此外，這些公司所提供的驅(qū)動(dòng)裝置特別大，只適合于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，不能作為脈沖激光器的便攜式應(yīng)用。
[0004]因此，提供一種窄脈沖半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電路具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]為實(shí)現(xiàn)一種半導(dǎo)體激光器窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路，本發(fā)明的主要目的在于提出了一種適合于半導(dǎo)體激光器以及其它負(fù)載的窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路。由于環(huán)路寄生參數(shù)的影響，窄脈沖會(huì)引起信號(hào)過(guò)沖或振蕩，因此常規(guī)穩(wěn)定的脈沖恒流驅(qū)動(dòng)電路的脈寬僅在微秒量級(jí)。而高速脈沖，上升沿比較快，例如幾個(gè)納秒量級(jí)時(shí)，由于高速脈沖需要反饋系統(tǒng)具有很高的帶寬。在高頻下，系統(tǒng)受寄生參數(shù)影響大，很容易自激或振蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀激光器或者負(fù)載，這對(duì)價(jià)格高昂的激光器負(fù)載來(lái)說(shuō)，是一種極大的潛在威脅。因此，本發(fā)明就是要解決脈沖速度和質(zhì)量問(wèn)題，提出一種方法既可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)納秒的上升時(shí)間，同時(shí)具有良好的信號(hào)完整性。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為實(shí)現(xiàn)一種半導(dǎo)體激光器窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路，本發(fā)明提出其電路圖，如圖1所示，驅(qū)動(dòng)電路包含輸入脈沖電壓信號(hào)Vset、運(yùn)算放大器UUMOSFET晶體管Tl、采樣電阻Rs和R2、R3、Cl、C2及半導(dǎo)體激光器負(fù)載LD等元件；其中，本方法具有(a)和(b)兩種實(shí)現(xiàn)形式。Vset是輸入的指定頻率、脈寬和幅度脈沖控制信號(hào)，精確控制流過(guò)半導(dǎo)體激光器LD負(fù)載上的電流。R2、R3、C1為補(bǔ)償回路，C2可抑制振蕩。
[0009]具體地，本發(fā)明公開了一種窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路，包括正序和/或反序串聯(lián)在電源電壓與接地端之間的負(fù)載、控制管、用作采樣電阻的第一電阻器，以及運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的輸出端連接至控制管的控制端，運(yùn)算放大器的正相輸入端連接輸入控制電壓，反相輸入端通過(guò)第二電阻器而連接至控制管與第一電阻器之間節(jié)點(diǎn)處。
[0010]其中，運(yùn)算放大器的負(fù)極通過(guò)補(bǔ)償回路連接至輸出端，補(bǔ)償回路至少包括第一電容器。
[0011]其中，補(bǔ)償回路進(jìn)一步包括與第一電容器串聯(lián)的第三電阻器。
[0012]其中，第二電容器并聯(lián)在負(fù)載兩端之間，或者串聯(lián)在負(fù)載與接地端之間。
[0013]其中，負(fù)載包括光電器件、氣體傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器。
[0014]其中，光電器件包括半導(dǎo)體激光器、發(fā)光二極管、光電導(dǎo)器件、太陽(yáng)能電池、光電二極管。
[0015]其中，控制管為MOSFET或BJT。
[0016]其中，控制管的源/漏極或者發(fā)射極/集電極的一個(gè)連接至負(fù)載的一端，另一個(gè)連接至采樣電阻的一端
[0017](三)有益效果
[0018]1、本發(fā)明提出了一種窄脈沖恒流驅(qū)動(dòng)電路，本電路通過(guò)將輸入的脈沖電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電流信號(hào)，對(duì)負(fù)載進(jìn)行嚴(yán)格的脈沖恒流控制，是高速脈沖恒流源的理想方案。
[0019]2、本發(fā)明提出了一種窄脈沖恒流驅(qū)動(dòng)電路，脈沖電流可以由輸入的脈沖電壓信號(hào)控制，是類似于半導(dǎo)體激光器等需脈沖恒流驅(qū)動(dòng)的極佳的驅(qū)動(dòng)方案，可以得到器件的準(zhǔn)確參數(shù)。針對(duì)半導(dǎo)體激光器，通常譜線寬度隨驅(qū)動(dòng)脈寬影影響，利用此方法可以得到更窄的譜線寬度，從而提高激光器在氣體傳感器中應(yīng)用。
[0020]3、本發(fā)明提出了一種窄脈沖恒流驅(qū)動(dòng)電路，本電路不僅安全可靠，而且可以實(shí)現(xiàn)小型化，易于便攜，具有極廣泛的用途。
[0021]依照本發(fā)明的窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路，將輸入的脈沖電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電流信號(hào)，對(duì)負(fù)載進(jìn)行嚴(yán)格的脈沖恒流控制，提高了半導(dǎo)體激光器參數(shù)控制精確性。
【附圖說(shuō)明】
[0022]以下參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中:
[0023]圖1包括圖1a和圖lb，為依照本發(fā)明的窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖2包括圖2a和圖2b，為脈沖電流實(shí)測(cè)曲線圖；
[0025]圖3是激光器負(fù)載測(cè)試曲線圖；以及
[0026]圖4是激光器線寬測(cè)試曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下參照附圖并結(jié)合示意性的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果，公開了一種對(duì)負(fù)載進(jìn)行嚴(yán)格的脈沖恒流控制以提高了參數(shù)控制精確性的窄脈沖驅(qū)動(dòng)電路。需要指出的是，類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)中所用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)或制造工序。這些修飾除非特別說(shuō)明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)或制造工序的空間、次序或?qū)蛹?jí)關(guān)系。
[0028]依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)將輸入脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成精確可控的脈沖電流信號(hào)。本技術(shù)可得到上升沿極短的脈沖信號(hào)以及良好的信號(hào)完整性，而且可以實(shí)現(xiàn)小型化，易于便攜，具有極廣泛的用途。
[0029]參照?qǐng)D1所示，該實(shí)施例包括兩個(gè)變形例，分別為左側(cè)的圖1a以及右側(cè)的圖lb。驅(qū)動(dòng)電路包括運(yùn)算放大器Ul (例如LF353、AD8099、LM741等)、負(fù)載LD、補(bǔ)償回路(R2、R3、CI)、控制管T1、采樣電阻